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Transformamos, desarrolamos y comercializamos embalajes de plástico flexible
La científica que pone bacterias a fabricar plástico biodegradable
30 | noviembre | -1
María Reis y su equipo en el laboratorio donde las bacterias producen polímeros de plástico en el biorreactor que se ve a la izquierda
María Reis crea dos a tres kilos de plástico por semana a partir de residuos de la industria alimentaria. Bacterias son los seres vivos más antiguos de la Tierra y probablemente los más numerosos, pero seguimos aprendiendo de ellas. Esta vez, en la prevención de una plaga que se está extendiendo por mares y continentes: los residuos de plástico.
Maria Reis, profesora catedrática de la Facultad de Ciencias y Tecnología (FCT) de la Universidad Nova de Lisboa, lidera en el Departamento de Química (en la unidad UCIBIO) un equipo de 36 investigadores y técnicos - el Grupo Bioeng - que está transformando las bacterias, los microorganismos Unicelulares, en auténticas fábricas de plástico. Sólo que el material producido tiene una diferencia radical en relación a lo que contamina la Naturaleza: es biodegradable, descomponiéndose en agua y dióxido de carbono al cabo de tres a cuatro semanas, contra los cientos de años que los científicos estiman para la descomposición de los plásticos convencionales, fabricados a partir del petróleo.
Lo más sorprendente es que estas bacterias producen plásticos a partir de residuos que de otro modo tendrían que ser tratados o incinerados, con altos costos. Suero de leche, residuos de concentrados de fruta, lodos de las estaciones de tratamiento de aguas residuales y residuos sólidos urbanos son consumidos por las bacterias. Dentro de ellas o en sus paredes se forman, entonces, polímeros, es decir, aglomerados de moléculas. O simplemente son expulsados.
Los residuos se colocan en biorreactores, recipientes cerrados donde se dan reacciones químicas envolviendo las bacterias, que luego producen biopolímeros. Los que se forman dentro de las bacterias (intracelulares) son conocidos por un nombre extenso, complicado y difícil de fijar: Polihidoxialcanoatos (PHA).
“Modo de Hambre y Abundancia
"Los PHA tienen una gran demanda en el mercado porque son parecidos a los plásticos convencionales en las propiedades mecánicas y químicas", explica Maria Reis. "Hemos trabajado desde hace más de 15 años en este ámbito, donde somos pioneros a nivel mundial. Conseguimos obtenerlos porque usamos cultivos mixtos, esencialmente de varios tipos bacterias, que adaptamos a las condiciones experimentales de modo que los producían.
Los biorreactores operan a través de un proceso selectivo curioso, conocido como "modo de hambre y abundancia". Como aclaró la investigadora, "hay dos ciclos de alimentación al día: alimentamos las bacterias con residuos durante una hora - el período de abundancia - y luego pasan por un período de hambre de 10 a 11 horas. Así, cuando las alimentamos de nuevo, consumen los residuos para prevenir futuras situaciones de hambre y producem internamente polímeros.
Hay una adaptación fisiológica de las bacterias "y sólo quedan dentro del biorreactor las que logran sobrevivir al hambre y producir polímeros". Las otras salen del biorreactor y mueren. Los resultados obtenidos por el Grupo Bioeng son impresionantes. "Ya hemos conseguido que 70 a 80 por ciento del peso de cada célula sea polímero", cuenta María Reis. "El resto es proteína, agua y material celular". Luego hay que partir cada célula para extraer los polímeros, usando por ejemplo lejía, que no los afecta porque no se disuelven en medio acuoso. "La llamada prueba de concepto está hecha, a través de una instalación piloto donde producimos dos a tres kilos por semana a partir de residuos de la industria alimentaria".
Los biopolímeros formados en las paredes celulares se obtienen a través de la levadura Komagataella pastoris. Los excretados por las células (extracelulares) se llaman ex polisacáridos y son producidos por la bacteria Enterobacter A47 después de alimentarse con glicerol, un subproducto del biodiesel, u otros residuos alimentarios. Los dos tipos de biopolímeros están protegidos por varias patentes internacionales y se pueden utilizar en la industria cosmética, farmacéutica y alimentaria.
Pero, ¿por qué los plásticos biodegradables no están invadiendo el mercado? "Porque cuestan cinco a diez veces más que los plásticos convencionales", argumenta la profesora de la FCT. "Uno de los objetivos de nuestro trabajo es precisamente reducir el costo del nuevo producto a menos del doble del producto convencional, pero con la ventaja de ser biodegradable, lo que significa que no hay costos de tratamiento de los residuos generados por los plásticos convencionales". Es aquí donde la UE está invirtiendo, en procesos económicos y socialmente más sostenibles.
El equipo de María Reis está involucrado en varios proyectos europeos, que integran instituciones de otros países de la UE. Pero la financiación total asignada al Grupo Bioeng para su participación alcanza cerca de tres millones de euros durante tres años. "Las invitaciones a estos proyectos han surgido porque nuestro grupo es reconocido a nivel internacional", constata la investigadora. "Son proyectos con base en el uso de residuos y en el concepto de economía circular. Su objetivo es tratar estos residuos y crear valor a partir de ellos, lo que significa que pasan a ser materias primas.”
Economía Circular
Según el Consejo Empresarial para el Desarrollo Sostenible (BCSD Portugal), la economía circular es la transición del modelo lineal de producción de bienes y servicios a un modelo circular, donde los residuos se transforman, a través de la innovación, en otros materiales que permiten el reciclado y el reciclado en reutilización. El modelo circular asume que los productos y servicios proceden de los ecosistemas y que, al final de su vida útil, regresan a la Naturaleza a través de residuos con un impacto ambiental muy reducido. "Todo lo que se produce es recuperado", subraya María Reis. La economía mundial, sin embargo, ha sido dominada por un modelo lineal de negocios, en el que se consumen más recursos que aquellos que la Tierra logra reponer. Y en que las materias primas se extraen y se transforman en productos que se venden y, después de su uso, son descartados como residuos.
María Reis crea dos a tres kilos de plástico por semana a partir de residuos de la industria alimentaria. Bacterias son los seres vivos más antiguos de la Tierra y probablemente los más numerosos, pero seguimos aprendiendo de ellas. Esta vez, en la prevención de una plaga que se está extendiendo por mares y continentes: los residuos de plástico.
Maria Reis, profesora catedrática de la Facultad de Ciencias y Tecnología (FCT) de la Universidad Nova de Lisboa, lidera en el Departamento de Química (en la unidad UCIBIO) un equipo de 36 investigadores y técnicos - el Grupo Bioeng - que está transformando las bacterias, los microorganismos Unicelulares, en auténticas fábricas de plástico. Sólo que el material producido tiene una diferencia radical en relación a lo que contamina la Naturaleza: es biodegradable, descomponiéndose en agua y dióxido de carbono al cabo de tres a cuatro semanas, contra los cientos de años que los científicos estiman para la descomposición de los plásticos convencionales, fabricados a partir del petróleo.
Lo más sorprendente es que estas bacterias producen plásticos a partir de residuos que de otro modo tendrían que ser tratados o incinerados, con altos costos. Suero de leche, residuos de concentrados de fruta, lodos de las estaciones de tratamiento de aguas residuales y residuos sólidos urbanos son consumidos por las bacterias. Dentro de ellas o en sus paredes se forman, entonces, polímeros, es decir, aglomerados de moléculas. O simplemente son expulsados.
Los residuos se colocan en biorreactores, recipientes cerrados donde se dan reacciones químicas envolviendo las bacterias, que luego producen biopolímeros. Los que se forman dentro de las bacterias (intracelulares) son conocidos por un nombre extenso, complicado y difícil de fijar: Polihidoxialcanoatos (PHA).
“Modo de Hambre y Abundancia
"Los PHA tienen una gran demanda en el mercado porque son parecidos a los plásticos convencionales en las propiedades mecánicas y químicas", explica Maria Reis. "Hemos trabajado desde hace más de 15 años en este ámbito, donde somos pioneros a nivel mundial. Conseguimos obtenerlos porque usamos cultivos mixtos, esencialmente de varios tipos bacterias, que adaptamos a las condiciones experimentales de modo que los producían.
Los biorreactores operan a través de un proceso selectivo curioso, conocido como "modo de hambre y abundancia". Como aclaró la investigadora, "hay dos ciclos de alimentación al día: alimentamos las bacterias con residuos durante una hora - el período de abundancia - y luego pasan por un período de hambre de 10 a 11 horas. Así, cuando las alimentamos de nuevo, consumen los residuos para prevenir futuras situaciones de hambre y producem internamente polímeros.
Hay una adaptación fisiológica de las bacterias "y sólo quedan dentro del biorreactor las que logran sobrevivir al hambre y producir polímeros". Las otras salen del biorreactor y mueren. Los resultados obtenidos por el Grupo Bioeng son impresionantes. "Ya hemos conseguido que 70 a 80 por ciento del peso de cada célula sea polímero", cuenta María Reis. "El resto es proteína, agua y material celular". Luego hay que partir cada célula para extraer los polímeros, usando por ejemplo lejía, que no los afecta porque no se disuelven en medio acuoso. "La llamada prueba de concepto está hecha, a través de una instalación piloto donde producimos dos a tres kilos por semana a partir de residuos de la industria alimentaria".
Los biopolímeros formados en las paredes celulares se obtienen a través de la levadura Komagataella pastoris. Los excretados por las células (extracelulares) se llaman ex polisacáridos y son producidos por la bacteria Enterobacter A47 después de alimentarse con glicerol, un subproducto del biodiesel, u otros residuos alimentarios. Los dos tipos de biopolímeros están protegidos por varias patentes internacionales y se pueden utilizar en la industria cosmética, farmacéutica y alimentaria.
Pero, ¿por qué los plásticos biodegradables no están invadiendo el mercado? "Porque cuestan cinco a diez veces más que los plásticos convencionales", argumenta la profesora de la FCT. "Uno de los objetivos de nuestro trabajo es precisamente reducir el costo del nuevo producto a menos del doble del producto convencional, pero con la ventaja de ser biodegradable, lo que significa que no hay costos de tratamiento de los residuos generados por los plásticos convencionales". Es aquí donde la UE está invirtiendo, en procesos económicos y socialmente más sostenibles.
El equipo de María Reis está involucrado en varios proyectos europeos, que integran instituciones de otros países de la UE. Pero la financiación total asignada al Grupo Bioeng para su participación alcanza cerca de tres millones de euros durante tres años. "Las invitaciones a estos proyectos han surgido porque nuestro grupo es reconocido a nivel internacional", constata la investigadora. "Son proyectos con base en el uso de residuos y en el concepto de economía circular. Su objetivo es tratar estos residuos y crear valor a partir de ellos, lo que significa que pasan a ser materias primas.”
Economía Circular
Según el Consejo Empresarial para el Desarrollo Sostenible (BCSD Portugal), la economía circular es la transición del modelo lineal de producción de bienes y servicios a un modelo circular, donde los residuos se transforman, a través de la innovación, en otros materiales que permiten el reciclado y el reciclado en reutilización. El modelo circular asume que los productos y servicios proceden de los ecosistemas y que, al final de su vida útil, regresan a la Naturaleza a través de residuos con un impacto ambiental muy reducido. "Todo lo que se produce es recuperado", subraya María Reis. La economía mundial, sin embargo, ha sido dominada por un modelo lineal de negocios, en el que se consumen más recursos que aquellos que la Tierra logra reponer. Y en que las materias primas se extraen y se transforman en productos que se venden y, después de su uso, son descartados como residuos.
